Escherichia coli - Escherichia coli
|Escherichia coli|
|bilimsel sınıflandırma|
|Alan adı:||Bakteriler|
|Şube:||Proteobakteriler|
|Sınıf:||Gammaproteobacteria|
|Sipariş:||Enterobacterales|
|Aile:||Enterobacteriaceae|
|Cins:||Escherichia|
|Türler:||


E. coli
|Binom adı|


Escherichia coli


|Eş anlamlı|


Escherichia coli ( / / , olarak da bilinir) , E. coli ( / / ), a, Gram-negatif , fakültatif, aerobik olmayan , çubuk şekilli , koliform bakterisi ve cinsine , Escherichia sık alt bulunan bağırsak bölgesinin sıcak kanlı canlıların (endotermler). Çoğu E. coli suşu zararsızdır, ancak bazı serotipler (EPEC, ETEC vb.) Konakçılarında ciddi gıda zehirlenmesine neden olabilir ve bazen ürün geri çağırmalarına neden olan gıda kontaminasyonu olaylarından sorumludur . Zararsız suşlar , bağırsağın normal mikrobiyotasının bir parçasıdır ve K 2 vitamini üreterek (kanın pıhtılaşmasına yardımcı olur) ve bağırsakta patojenik bakterilerle kolonizasyonunu önleyerek simbiyotik bir ilişkiye sahip olarak konaklarına fayda sağlayabilir . E. coli dışkı maddesi içinde çevreye atılır. Bakteri, aerobik koşullar altında taze dışkı maddesinde 3 gün boyunca kitlesel olarak büyür, ancak daha sonra sayıları yavaş yavaş azalır.
E. coli ve diğer fakültatif anaeroblar , bağırsak mikrobiyotasının yaklaşık% 0.1'ini oluşturur ve fekal-oral geçiş , bakterinin patojenik suşlarının hastalığa neden olduğu ana yoldur. Hücreler vücut dışında sınırlı bir süre hayatta kalabilirler, bu da onları dışkı kontaminasyonu için çevresel örnekleri test etmek için potansiyel gösterge organizmalar yapar . Bununla birlikte, büyüyen bir araştırma grubu, günlerce hayatta kalabilen ve bir konağın dışında büyüyebilen çevresel olarak kalıcı E. coli'yi inceledi .
Bakteri, bir laboratuar ortamında kolayca ve ucuz bir şekilde büyütülebilir ve kültürlenebilir ve 60 yılı aşkın süredir yoğun bir şekilde araştırılmaktadır. E. coli , kimyasal olarak tanımlanmış ortamı bir karbon ve enerji kaynağı içermesi gereken bir kemoheterotrofdur . E. coli , en çok incelenen prokaryotik model organizmadır ve rekombinant DNA ile yapılan çalışmaların çoğunda konakçı organizma olarak hizmet ettiği biyoteknoloji ve mikrobiyoloji alanlarında önemli bir türdür . Uygun koşullar altında çoğalması 20 dakika kadar kısa sürer.
Biyoloji ve biyokimya
Tür ve morfoloji
E. coli Gram negatif, fakültatif bir anaerobdur ( oksijen varsa aerobik solunum yoluyla ATP yapar , ancak oksijen yoksa fermantasyona veya anaerobik solunuma geçebilir ) ve spor yapmayan bakteridir. Hücreler tipik olarak, çubuk-şekilli olan ve yaklaşık 2.0 olan um 0.6-0.7 um bir hücre hacmi olan, uzun ve çapı 0.25-1.0 um 3 .
E. coli , hücre duvarı ince bir peptidoglikan tabakası ve bir dış zardan oluştuğu için Gram negatifi boyar. Boyama işlemi sırasında, E. coli zıt boya safraninin rengini alır ve pembeye boyar. Hücre duvarını çevreleyen dış zar, E. coli'nin penisilinden zarar görmemesi için belirli antibiyotiklere bir bariyer sağlar .
Metabolizma
E. coli çok çeşitli substratlar üzerinde yaşayabilir ve anaerobik koşullarda karışık asit fermantasyonu kullanarak laktat , süksinat , etanol , asetat ve karbondioksit üretir . Karışık asit fermantasyonundaki birçok yol hidrojen gazı ürettiğinden , bu yollar, E. coli'nin metanojenler veya sülfat azaltıcı bakteriler gibi hidrojen tüketen organizmalarla birlikte yaşadığı durumda olduğu gibi, hidrojen seviyelerinin düşük olmasını gerektirir .
Buna ek olarak, E. coli' in metabolizması sadece kullanımı rewired edilebilir CO 2 biyokütle üretimi için karbon kaynağı olarak. Başka bir deyişle, bu zorunlu heterotrofun metabolizması, karbon fiksasyon genlerinin yanı sıra format dehidrojenazın heterolog olarak ifade edilmesi ve laboratuar evrim deneyleri gerçekleştirilmesi yoluyla ototrofik yetenekler sergileyecek şekilde değiştirilebilir . Bu, elektron taşıyıcılarını azaltmak ve bu sentetik ototrofların içindeki anabolik yollarda gerekli olan ATP'yi sağlamak için format kullanılarak yapılabilir .
E. coli'nin üç doğal glikolitik yolu vardır: EMPP , EDP ve OPPP . EMPP , glikoz molekülü başına iki piruvat , iki ATP ve iki NADH üretmek için on enzimatik adım uygularken, OPPP, NADPH sentezi için bir oksidasyon yolu görevi görür . EDP termodinamik olarak daha üç yoldan elverişli olsa da, E. Coli için EDP kullanmayan glukoz metabolizması EMPP ve OPPP esas dayanarak,. EDP, glukonat ile büyüme haricinde esas olarak inaktif kalır .
Katabolit Bastırma
Bir şeker karışımı varlığında büyürken, bakteriler genellikle şekerleri katabolit baskılama olarak bilinen bir işlemle sırayla tüketirler . Daha az tercih edilen şekerlerin metabolize edilmesine dahil olan genlerin ekspresyonunu baskılayarak, hücreler genellikle ilk önce en yüksek büyüme oranını veren şekeri tüketecek, ardından bir sonraki en yüksek büyüme oranını veren şekeri vb. Tüketeceklerdir. Böylelikle hücreler, sınırlı metabolik kaynaklarının büyüme hızını en üst düzeye çıkarmak için kullanılmasını sağlar. Bunun E. coli ile iyi kullanılan örneği , bakterinin glikoz ve laktoz üzerinde büyümesini içerir; burada E. coli , laktozdan önce glikoz tüketecektir. E. coli'de arabinoz ve ksiloz , sorbitol , ramnoz ve riboz gibi diğer glikoz olmayan şekerlerin varlığında katabolit baskılanması da gözlenmiştir . Olarak , E. coli , glükoz katabolik baskı ile düzenlenir fosfotransferaz sistemi , bir çok protein fosforilasyon çiftler alımını ve metabolizmasını glikoz bu kaskad.
Kültür büyümesi
Optimum E. coli büyümesi 37 ° C'de (98.6 ° F) meydana gelir, ancak bazı laboratuvar suşları 49 ° C'ye (120 ° F) kadar olan sıcaklıklarda çoğalabilir. E. coli , lizojen et suyu gibi çeşitli tanımlanmış laboratuvar ortamlarında veya glikoz, amonyum fosfat monobazik, sodyum klorür, magnezyum sülfat, potasyum fosfat dibazik ve su içeren herhangi bir ortamda büyür . Büyüme ile tahrik edilebilir , aerobik ya da anaerobik solunum büyük bir çeşitlilik kullanılarak, redoks çifti oksidasyonu da dahil olmak üzere, piruvik asit , formik asit , hidrojen ve amino asitler ve bu gibi alt tabakalar azaltılması oksijen , nitrat , fumarat , dimetil sülfoksit , ve trimetilamin N-oksit . E. coli , fakültatif anaerob olarak sınıflandırılır. Mevcut ve mevcut olduğunda oksijen kullanır. Bununla birlikte, fermantasyon veya anaerobik solunum kullanılarak oksijen yokluğunda büyümeye devam edebilir. Oksijen yokluğunda büyümeye devam etme yeteneği bakteriler için bir avantajdır çünkü suyun baskın olduğu ortamlarda hayatta kalmaları artar.
Hücre döngüsü
Bakteriyel hücre döngüsü üç aşamaya ayrılmıştır. B dönemi, hücre bölünmesinin tamamlanması ile DNA replikasyonunun başlangıcı arasında gerçekleşir. C dönemi, kromozomal DNA'nın kopyalanması için geçen süreyi kapsar. D dönemi, DNA replikasyonunun sona ermesi ile hücre bölünmesinin sonu arasındaki aşamayı ifade eder. Daha fazla besin mevcut olduğunda E. coli'nin iki katına çıkma oranı daha yüksektir. Bununla birlikte, C ve D dönemlerinin uzunluğu, ikiye katlanma süresi C ve D dönemlerinin toplamından daha az olsa bile değişmez. En hızlı büyüme oranlarında, replikasyon, önceki replikasyon turu tamamlanmadan başlar ve DNA boyunca çoklu replikasyon çatalları ve örtüşen hücre döngüleri ile sonuçlanır.
Hızlı büyüyen E. coli'deki replikasyon çatallarının sayısı tipik olarak 2n'yi takip eder (n = 1, 2 veya 3). Bu, yalnızca çoğaltma tüm çoğaltma kaynaklarından aynı anda başlatılırsa gerçekleşir ve eşzamanlı çoğaltma olarak adlandırılır . Ancak, bir kültürdeki tüm hücreler eşzamanlı olarak çoğalmaz. Bu durumda hücrelerde iki çoğaltma çatalı yoktur . Çoğaltma başlatmaya daha sonra eşzamansız olarak atıfta bulunulur. Bununla birlikte, asenkronize, örneğin DnaA veya DnaA başlatıcı ile ilişkili protein DiaA'daki mutasyonlardan kaynaklanabilir .
Genetik uyum
E. coli ve ilgili bakteriler , genetik materyalin mevcut bir popülasyonda yatay olarak yayılmasına izin veren, bakteriyel konjugasyon veya transdüksiyon yoluyla DNA'yı transfer etme kabiliyetine sahiptir . Bakteriyofaj adı verilen bakteri virüsünü kullanan transdüksiyon süreci , Shiga toksini için Shigella bakterisinden E. coli'ye kodlayan genin yayılmasının , Shiga toksini üreten suşu olan E. coli O157: H7'nin üretilmesine yardımcı olduğu yerdir . E. coli.
Çeşitlilik
E. coli , çok yüksek derecede hem genetik hem de fenotipik çeşitlilik sergileyen muazzam bir bakteri popülasyonunu kapsar. Birçok E. coli izolatının ve ilgili bakterilerin genom dizilimi, taksonomik bir yeniden sınıflandırmanın istenebileceğini göstermektedir. Bununla birlikte, büyük ölçüde tıbbi önemi nedeniyle bu yapılmamıştır ve E. coli en çeşitli bakteri türlerinden biri olmaya devam etmektedir: tipik bir E. coli genomundaki genlerin yalnızca% 20'si tüm suşlar arasında paylaşılmaktadır.
Aslında, daha yapıcı bir bakış açısından, Shigella cinsinin üyeleri ( S. dysenteriae , S. flexneri , S. boydii ve S. sonnei ) , takson adı verilen bir fenomen olan E. coli suşları olarak sınıflandırılmalıdır . Benzer şekilde, diğer E. coli suşları (örneğin, rekombinant DNA çalışmasında yaygın olarak kullanılan K-12 suşu ), yeniden sınıflandırmayı hak edecek kadar yeterince farklıdır.
Bir tür , onu diğer türlerden ayıran benzersiz özelliklere sahip olan türler içindeki bir alt gruptur. Bu farklılıklar genellikle yalnızca moleküler düzeyde saptanabilir; ancak, bakterinin fizyolojisinde veya yaşam döngüsünde değişikliklere neden olabilirler. Örneğin, bir tür patojenik kapasite , benzersiz bir karbon kaynağı kullanma yeteneği, belirli bir ekolojik niş alma yeteneği veya antimikrobiyal ajanlara direnme yeteneği kazanabilir . Farklı E. coli suşları genellikle konakçıya özgüdür, bu da çevresel numunelerde fekal kontaminasyon kaynağının belirlenmesini mümkün kılar. Örneğin, bir su örneğinde hangi E. coli suşlarının bulunduğunu bilmek , araştırmacıların kontaminasyonun bir insandan mı, başka bir memeliden mi yoksa bir kuştan mı kaynaklandığına dair varsayımlar yapmasına olanak tanır .
Serotipler
E. coli'nin ortak bir alt bölme sistemi , ancak evrimsel ilişkiye dayanmayan, serotipe göre olup, ana yüzey antijenlerine (O antijen: lipopolisakkarit tabakasının bir parçası ; H: flagellin ; K antijen: kapsül), örn. O157: H7 ). Bununla birlikte, sadece serogruptan, yani O-antijenden alıntı yapmak yaygındır. Şu anda yaklaşık 190 serogrup bilinmektedir. Ortak laboratuar suşu, bir O-antijen oluşumunu önleyen bir mutasyona sahiptir ve bu nedenle tiplendirilemez.
Genom plastisitesi ve evrim
Tüm yaşam formları gibi, yeni E. coli türleri de doğal biyolojik mutasyon , gen duplikasyonu ve yatay gen transferi süreçleri yoluyla gelişir ; özellikle MG1655 laboratuvar suşunun genomunun% 18'i Salmonella'dan ayrılmasından bu yana yatay olarak elde edilmiştir . E. coli K-12 ve E. coli B suşları, laboratuar amaçları için en sık kullanılan çeşitlerdir. Bazı türler , ev sahibi bir hayvana zarar verebilecek özellikler geliştirir . Bu öldürücü suşlar tipik olarak , sağlıklı yetişkinlerde genellikle kendi kendini sınırlayan , ancak gelişmekte olan ülkelerdeki çocuklar için sıklıkla ölümcül olan bir ishale neden olur . O157: H7 gibi daha öldürücü türler, yaşlılarda, çok gençlerde veya bağışıklığı baskılanmış kişilerde ciddi hastalığa veya ölüme neden olur .
Escherichia ve Salmonella cinsi, yaklaşık 102 milyon yıl önce ayrıldı (güvenilirlik aralığı: 57-176 mya), bu da ev sahiplerinin ayrışmasıyla çakışıyor: ilki memelilerde, ikincisi ise kuşlar ve sürüngenlerde bulunuyor. Bunu bir Escherichia atasının beş türe ayrılması izledi ( E. albertii , E. coli , E. fergusonii , E. hermannii ve E. savunmas ). Son E. coli atası 20 ila 30 milyon yıl önce bölündü.
Kullanılarak uzun vadeli evrim deneyleri E. coli tarafından başlamış, Richard Lenski 1988 yılında, üzerinde daha fazla laboratuvarda 65.000 nesillere göre genom evrim doğrudan gözlem sağladı. Örneğin, E. coli tipik olarak ayırt etmek için olan bir teşhis kriter olarak, bir karbon kaynağı olarak sitrat ile aerobik büyüme yeteneğine sahip olmayan E. coli gibi diğer yakından ilişkili bakteri Salmonella . Bu deneyde, bir E. coli popülasyonu, beklenmedik bir şekilde sitratı aerobik olarak metabolize etme yeteneğini geliştirdi; bu , mikrobiyal türleşmenin bazı özellikleriyle birlikte büyük bir evrimsel değişiklik oldu .
Mikrobiyal dünyada, hayvanlar aleminde gözlemlenene benzer bir yırtıcılık ilişkisi kurulabilir. E. coli'nin, Myxococcus xanthus gibi çok sayıda genelci yırtıcı hayvanın avı olduğu görülmüştür . Bu avcı-av ilişkisinde, genomik ve fenotipik modifikasyonlar yoluyla her iki türün paralel bir evrimi gözlemlenir, E. coli durumunda modifikasyonlar, mukoid üretimi (aşırı ekzoplazmik asit aljinat üretimi gibi virülanslarında yer alan iki yönden modifiye edilir. ) ve OmpT geninin bastırılması, gelecek nesillerde Red Queen hipotezinin gösterdiği birlikte evrimsel bir modelin ardından diğerinin evrimi tarafından etkisiz hale getirilen türlerden birinin daha iyi bir adaptasyonunu üretiyor .
Neotip suşu
E. coli ( Escherichia ) cinsinin tür türüdür ve buna karşılık Escherichia , Enterobacteriaceae familyasının tip cinsidir; burada aile adı Enterobacter + "i" (sic.) + " Aceae " cinsinden kaynaklanmamaktadır , fakat "enterobacterium" + "aceae" den (enterobacterium bir cins değil, enterik bakteriye alternatif önemsiz bir isimdir).
Escherich tarafından anlatılan orjinal suşu temsili olarak seçilmiştir dolayısıyla yeni bir tip suş (neotype) kaybolur inanılmaktadır: neotype suşu U5 / 41'dir T birikinti adları altında bilinen, DSM 30083 , ATCC 11775 9001, ve NCTC , tavuklar için patojenik olan ve bir O1: K1: H7 serotipine sahiptir. Bununla birlikte, çoğu çalışmada, O157: H7, K-12 MG1655 veya K-12 W3110, temsili bir E. coli olarak kullanılmıştır . Tür türünün genomu ancak son zamanlarda dizilenmiştir.
Filogenisi E.coli suşları
Bu türe ait birçok suş izole edilmiş ve karakterize edilmiştir. Serotipe ek olarak ( yukarıya bakınız ), soyoluşlarına , yani türlerin altı gruba ayrıldığı aşağıda gösterildiği gibi türetilen evrimsel geçmişine göre sınıflandırılabilirler . Özellikle tüm genom dizilerinin kullanılması, yüksek oranda desteklenen filogeniler sağlar. Bu tür verilere dayanarak, beş E. coli alt türü ayırt edildi.
Filogenetik mesafe ("akrabalık") ile patoloji arasındaki bağlantı küçüktür, örneğin , bir klad oluşturan ("özel bir grup") - aşağıdaki E grubu - oluşturan O157: H7 serotip suşlarının tümü enterohaemorragik suşlardır (EHEC), ancak hepsi değil EHEC suşları yakından ilişkilidir. Aslında, dört farklı Shigella türü E. coli suşları arasında yuvalanmıştır ( yukarıya bakınız ), buna karşın E. albertii ve E. fergusonii bu grubun dışındadır. Aslında, tüm Shigella türleri , tip suşu içeren filogenomik bir çalışmada tek bir E. coli alt türü içine yerleştirilmiştir ve bu nedenle uygun bir yeniden sınıflandırma zordur. Bütün yaygın olarak kullanılan araştırma suşları arasında , E. coli (λ A grubu aittir ve Clifton K-12 soyu esas türetilir + K + ve daha az bir dereceye kadar, O16) d'Herelle 'in Bacillus coli suşu (B suşu) ( O7).


Genomik
Bir E. coli genomunun (laboratuvar suşu K-12 türevi MG1655) ilk tam DNA dizisi 1997'de yayınlandı. Bu, 4,6 milyon baz çifti uzunluğunda, 4288 açıklamalı protein kodlama genini (2584 operon halinde organize edilmiş) içeren dairesel bir DNA molekülüdür. ), yedi ribozomal RNA (rRNA) operonu ve 86 transfer RNA (tRNA) geni. Yaklaşık 40 yıldır yoğun genetik analizin konusu olmasına rağmen, bu genlerin çoğu önceden bilinmiyordu. Kodlama yoğunluğunun çok yüksek olduğu ve genler arasında sadece 118 baz çiftinin ortalama bir mesafe olduğu bulundu. Genomun önemli sayıda transpoze edilebilir genetik element , tekrar elementler, kriptik profiller ve bakteriyofaj kalıntıları içerdiği gözlemlendi .
Escherichia ve Shigella türlerinin üç yüzden fazla tam genomik dizisi bilinmektedir. E. coli türünün genom dizisi bu koleksiyona 2014'ten önce eklenmiştir. Bu dizilerin karşılaştırılması, dikkate değer miktarda çeşitlilik göstermektedir; Her genomun yalnızca yaklaşık% 20'si izolatların her birinde bulunan dizileri temsil ederken, her genomun yaklaşık% 80'i izolatlar arasında farklılık gösterebilir. Her bir genom, 4.000 ila 5.500 gen içerir, ancak dizilenmiş E. coli suşlarının (pangenom) tümü arasındaki farklı genlerin toplam sayısı 16.000'i aşar. Bu çok geniş bileşen gen çeşitliliği, E. coli pangenomunun üçte ikisinin diğer türlerde ortaya çıktığı ve yatay gen transferi süreciyle geldiği anlamına gelecek şekilde yorumlanmıştır .
Gen isimlendirme
E. coli'deki genler genellikle işlevlerinden (bilindiğinde) türetilen ve italik olan 4 harfli kısaltmalarla adlandırılır. Örneğin recA , homolog rekombinasyondaki rolü artı A harfinden sonra adlandırılır . İşlevsel olarak ilgili genler recB , recC , recD vb. Olarak adlandırılır. Proteinler büyük kısaltmalarla adlandırılır, örneğin RecA , RecB , vb. E. genomu olduğunda E. E. coli sekanslandı, tüm genler, genom üzerindeki sıralarına göre numaralandırıldı ( aşağı yukarı ) ve b2819 (= recD ) gibi b numaraları ile kısaltıldı . "B" isimleri , genom dizilimi çabasına liderlik eden Fred B lattner'dan sonra oluşturuldu . Başka bir numaralama sistemi bir dizisi ile tanıtılan , E. coli , dolayısıyla Japonya dizildi ve suşu W3110, JW tarafından başlangıç sayıları kullanır ... ( J apanese W , örneğin, JW2787 (= 3110) RECD ). Dolayısıyla, recD = b2819 = JW2787. Ancak, çoğu veritabanının kendi numaralandırma sistemine sahip olduğuna dikkat edin, örneğin EcoGene veritabanı recD için EG10826 kullanır . Son olarak, ECK numaraları özellikle E. coli K-12'nin MG1655 suşundaki aleller için kullanılır . Genlerin tam listeleri ve eşanlamlıları, EcoGene veya Uniprot gibi veri tabanlarından elde edilebilir .
Proteomik
Proteom
Çeşitli çalışmalarda araştırılmıştır Proteomun arasında , E. coli . 2006 yılına kadar, 4,237 açık okuma çerçevesinden (ORF'ler) 1,627'si (% 38) deneysel olarak tanımlanmıştır. Escherichia coli K-12'nin 4,639,221-baz çifti dizisi sunulmuştur. Açıklanan 4288 protein kodlayan genin yüzde 38'inin hiçbir atfedilen işlevi yoktur. Sıralı diğer beş mikropla yapılan karşılaştırma, her yerde bulunabilen ve aynı zamanda dar bir şekilde dağılmış gen ailelerini ortaya çıkarır; E. coli içindeki benzer genlere sahip birçok aile de aşikardır. En büyük paralog protein ailesi, 80 ABC taşıyıcısı içerir. Bir bütün olarak genom, yerel replikasyon yönüne göre çarpıcı bir şekilde düzenlenmiştir; guaninler, muhtemelen replikasyon ve rekombinasyon ile ilgili oligonükleotidler ve çoğu gen bu şekilde yönlendirilmiştir. Genom ayrıca, yatay transfer yoluyla genom plastisitesini gösteren yerleştirme dizisi (IS) elemanları, faj kalıntıları ve diğer pek çok sıra dışı bileşim parçası içerir.
İnteraktom
Protein kompleksleri . 2006 yılında yapılan bir çalışma, K-12 suşunun kültürlerinden 4.339 proteini saflaştırdı ve birçoğu o sırada bilinmeyen fonksiyonlara sahip olan 2.667 protein için etkileşen ortaklar buldu. 2009 yılında yapılan bir çalışmada, aynı E. coli suşunun proteinleri arasında 5.993 etkileşim bulundu , ancak bu veriler 2006 yayınındakilerle çok az çakışma gösterdi.
İkili etkileşimler . Rajagopala vd. (2014), çoğu E. coli proteini ile sistematik maya iki hibrit taraması gerçekleştirmiş ve toplam 2,234 protein-protein etkileşimi bulmuştur. Bu çalışma aynı zamanda genetik etkileşimleri ve protein yapılarını entegre etti ve 227 protein kompleksi içindeki 458 etkileşimi haritaladı .
Normal mikrobiyota
E. coli , sıcakkanlı hayvanların gastrointestinal sisteminde bulunan ve gayri resmi olarak koliform olarak bilinen bir bakteri grubuna aittir . E. coli normalde bir bebeğin gastrointestinal yolunu doğumdan sonraki 40 saat içinde kolonize eder , yiyecek veya su ile veya çocuğa bakan kişilerden gelir. Bağırsak içinde, E.coli için yapışır mukus arasında kalın bağırsak . İnsan gastrointestinal sisteminin birincil fakültatif anaerobudur . ( Fakültatif anaeroblar , oksijenin varlığında veya yokluğunda büyüyebilen organizmalardır.) Bu bakteriler , virülans faktörlerini kodlayan genetik elementleri almadıkları sürece, iyi huylu kommensal olarak kalırlar .
Terapötik kullanım
Laboratuar ortamlarında yetiştirilebildiği ve değiştirilebildiği düşük maliyet ve hız nedeniyle, E. coli , terapötiklerde kullanılan rekombinant proteinlerin üretimi için popüler bir ekspresyon platformudur . E. coli'yi başka bir ifade platformuna göre kullanmanın bir avantajı , E. coli'nin doğal olarak birçok proteini periplazmaya aktarmaması ve çapraz kontaminasyon olmadan ilgilenilen bir proteinin geri kazanılmasını kolaylaştırmasıdır. E. Coli , K-12 suşu ve bunların türevleri (DH1, DH5a, MG1655, RV308 ve W3110) en çok biyoteknoloji endüstrisi tarafından kullanılan suşlardır. Patojenik olmayan E. coli suşu Nissle 1917 (EcN), (Mutaflor) ve E. coli O83: K24: H31 (Colinfant)) , özellikle iltihaplı bağırsak hastalığı dahil olmak üzere çeşitli mide-bağırsak hastalıklarının tedavisi için tıpta probiyotik maddeler olarak kullanılmaktadır . EcN suşunun , sideroforların üretimi ile mikrosin proteinlerinin üretimi yoluyla Salmonella ve diğer koliform enteropatojenler dahil olmak üzere fırsatçı patojenlerin büyümesini engelleyebileceği düşünülmektedir .
Hastalıktaki rolü
Çoğu E. coli suşu, doğal olarak bağırsakta yaşayan hastalığa neden olmaz, ancak virülan suşlar gastroenterit , idrar yolu enfeksiyonları , neonatal menenjit , hemorajik kolit ve Crohn hastalığına neden olabilir . Yaygın belirti ve semptomlar arasında şiddetli karın krampları, ishal, hemorajik kolit, kusma ve bazen ateş bulunur. Daha nadir durumlarda, virülan suşlar ayrıca hemolitik üremik sendrom , peritonit , mastitis , sepsis ve Gram-negatif pnömoniye ilerlemeden bağırsak nekrozundan (doku ölümü) ve perforasyondan sorumludur . Çok küçük çocuklar, hemolitik üremik sendrom gibi ciddi hastalıklara daha yatkındır; ancak, her yaştan sağlıklı bireyler, E. coli ile enfekte olmanın bir sonucu olarak ortaya çıkabilecek ciddi sonuçlar için risk altındadır .
Bazı E. coli türleri, örneğin O157: H7, Shiga toksini üretebilir (bir biyoterörizm ajanı olarak sınıflandırılır ). Shiga toksini, bağırsağın hedef hücrelerinde enflamatuar tepkilere neden olur ve arkasında lezyonlar bırakarak, Shiga toksini üreten E. coli (STEC) enfeksiyonunun bir semptomu olan kanlı ishale neden olur. Bu toksin ayrıca kırmızı kan hücrelerinin erken yıkımına neden olur ve bu da vücudun filtreleme sistemini, böbrekleri tıkar, bazı nadir durumlarda (genellikle çocuklarda ve yaşlılarda) hemolitik üremik sendroma (HUS) neden olarak böbrek yetmezliğine yol açabilir. ve hatta ölüm. Hemolitik üremik sendromun belirtileri arasında idrara çıkma sıklığında azalma, uyuşukluk ve yanaklarda ve alt göz kapaklarının içinde solukluk bulunur. HÜS hastalarının% 25'inde sinir sistemi komplikasyonları meydana gelir ve bu da felçlere neden olur . Ek olarak, bu tür sıvı birikmesine (böbrekler çalışmadığı için) neden olarak akciğerler, bacaklar ve kollar çevresinde ödem oluşmasına neden olur . Özellikle akciğerler çevresinde sıvı birikimindeki bu artış, kalbin işleyişini engelleyerek kan basıncının yükselmesine neden olur.
Üropatojenik , E. coli (UPEC) ana nedenlerinden biridir idrar yolu enfeksiyonları . Bağırsaktaki normal mikrobiyotanın bir parçasıdır ve pek çok şekilde tanıtılabilir. Özellikle kadınlarda, dışkılamadan sonra silme yönü (arkaya doğru silme) ürogenital açıklıkların dışkıyla kontaminasyonuna neden olabilir. Anal ilişki aynı zamanda bu bakteriyi erkek üretra içine sokabilir ve analdan vajinal ilişkiye geçerken, erkek kadın ürogenital sistemine de UPEC sokabilir.
Enterotoksijenik E. coli (ETEC), her yıl gelişmekte olan ülkelerde dünya çapında 840 milyon vaka ile gezgin ishalinin en yaygın nedenidir . Tipik olarak kontamine yiyecek veya içme suyu yoluyla bulaşan bakteriler, iki tür enterotoksinden birini salgıladığı bağırsak astarına yapışarak sulu ishale yol açar. Enfeksiyonların oranı ve ciddiyeti, yılda 380.000 ölüm dahil, beş yaşın altındaki çocuklar arasında daha yüksektir.
Mayıs 2011'de, bir E. coli suşu olan O104: H4 , Almanya'da başlayan bir bakteri salgınının konusuydu . Bazı E. coli türleri, gıda kaynaklı hastalıkların başlıca nedenidir . Salgın, Almanya'da birkaç kişiye enterohemorajik E. coli (EHEC) bakterisi bulaştığında başladı ve acil tedavi gerektiren tıbbi bir acil durum olan hemolitik üremik sendroma (HUS) yol açtı. Salgın yalnızca Almanya'yı değil, Kuzey Amerika'daki bölgeler dahil olmak üzere diğer 15 ülkeyi de ilgilendirdi. 30 Haziran 2011 tarihinde, Alman Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) (Federal Almanya Federal Gıda, Tarım ve Tüketiciyi Koruma Bakanlığı bünyesindeki federal bir enstitü olan Risk Değerlendirme Enstitüsü ) , Mısır'dan gelen çemen otu tohumlarının EHEC'in büyük olasılıkla nedeni olduğunu açıkladı. salgın.
Bazı çalışmalar, fenilketonüri metabolik bozukluğu olan deneklerin bağırsak florasında E. coli bulunmadığını göstermiştir . Bu normal bakterilerin yokluğunun, insanlarda hücresel ve kemik metabolizması gibi birçok fizyolojik rolde rol oynayan temel vitaminler olan B 2 (riboflavin) ve K 2'nin (menakinon) üretimini bozduğu ve bu nedenle de katkıda bulunduğu varsayılmaktadır. bozukluk.
Kuluçka dönemi
STEC bakterisini yutmakla hasta hissetmek arasındaki süreye "kuluçka dönemi" denir. Kuluçka dönemi genellikle maruziyetten 3-4 gün sonradır, ancak 1 gün kadar kısa veya 10 gün kadar uzun olabilir. Semptomlar genellikle birkaç gün içinde kötüleşen hafif karın ağrısı veya kanlı olmayan ishal ile yavaş yavaş başlar. HÜS ortaya çıkarsa, ishal iyileşirken ilk semptomlardan ortalama 7 gün sonra gelişir.
Tedavi
Tedavinin temel dayanağı dehidratasyonun değerlendirilmesi ve sıvı ve elektrolitlerin değiştirilmesidir. İdaresi antibiyotiklerin hastalık ve enterotoksijeniktir atılım süresi seyrini kısaltabilir gösterilmiştir E. coli yaygın kullanılan antibiyotiklere karşı direnç oranı artmaktadır rağmen, endemik bölgelerde ve gezgin ishali de yetişkinlerde (ETEC) ve genellikle değildir önerilen. Kullanılan antibiyotik, belirli coğrafi bölgedeki duyarlılık modellerine bağlıdır. Şu anda, tercih edilen antibiyotikler, rifaksimin için yeni bir role sahip olan florokinolonlar veya azitromisindir . Yarı sentetik bir rifamisin türevi olan oral rifaksimin , non-invaziv gezgin diyaresi olan yetişkinlerin tedavisi için etkili ve iyi tolere edilen bir antibakteriyeldir. Rifaximin, ishalin süresini azaltmada plasebodan önemli ölçüde daha etkiliydi ve siprofloksasinden daha az etkili değildi . Rifaximin , E. coli -predominant gezgin diyaresi olan hastalarda etkili olsa da, enflamatuar veya invaziv enteropatojenlerle enfekte hastalarda etkisiz görünmektedir .
Önleme
ETEC, aşı geliştirme çabalarının çoğunun odaklandığı E. coli türüdür. LT'ye ve ETEC'in başlıca CF'lerine karşı antikorlar , LT üreten, ETEC ifade eden homolog CF'lere karşı koruma sağlar . Toksin antijeni ve tam hücrelerden oluşan oral inaktive aşılar, yani lisanslı rekombinant kolera B alt birimi (rCTB) -WC kolera aşısı Dukoral geliştirilmiştir. Şu anda ETEC için lisanslı aşılar bulunmamaktadır, ancak birkaçı çeşitli geliştirme aşamalarında bulunmaktadır. Farklı denemelerde, rCTB-WC kolera aşısı yüksek (% 85-100) kısa vadeli koruma sağladı. Ana KF'leri eksprese eden rCTB ve formalin ile inaktive edilmiş E. coli bakterilerinden oluşan oral bir ETEC aşısı adayının , Amerikalı gezginlerde güvenli, immünojenik ve şiddetli ishale karşı etkili olduğu, ancak Mısır'daki küçük çocuklarda ETEC ishale karşı etkili olmadığı klinik deneylerde gösterilmiştir . Başlıca CF'leri aşırı eksprese eden rekombinant E. coli suşlarından ve LCTBA olarak adlandırılan daha LT benzeri bir hibrit toksoidden oluşan modifiye edilmiş bir ETEC aşısı klinik testlere tabi tutulmaktadır.
E. coli bulaşmasına yönelik diğer kanıtlanmış önleme yöntemleri arasında el yıkama ve iyileştirilmiş temizlik ve içme suyu yer alır, çünkü bulaşma gıda ve su kaynaklarının dışkı yoluyla kontaminasyonu yoluyla gerçekleşir. Ek olarak, eti iyice pişirmek ve meyve suları ve süt gibi çiğ, pastörize edilmemiş içeceklerin tüketiminden kaçınmak, E.coli'yi önlemek için kanıtlanmış diğer yöntemlerdir . Son olarak, yiyecek hazırlarken mutfak eşyaları ve çalışma alanlarının çapraz kontaminasyonundan kaçının.
Yaşam bilimi araştırmalarında organizma modeli
Uzun laboratuvar kültürü geçmişi ve manipülasyon kolaylığı nedeniyle, E. coli , modern biyolojik mühendislik ve endüstriyel mikrobiyolojide önemli bir rol oynar . Çalışma Stanley Norman Cohen ve Herbert Boyer de , E. coli kullanılarak, plazmidler ve kısıtlama enzimleri oluşturmak için yeniden birleştirici DNA , biyoteknolojik bir temeli haline gelmiştir.
E.coli üretimi için çok yönlü bir ev sahibi heterolog proteinler ve çeşitli protein ekspresyon sistemleri üretimine izin veren geliştirilmiştir rekombinant proteinler olarak , E. coli . Araştırmacılar, proteinin yüksek düzeyde ekspresyonuna izin veren plazmidler kullanarak mikroplara genler ekleyebilirler ve bu tür protein, endüstriyel fermantasyon işlemlerinde toplu olarak üretilebilir . Rekombinant DNA teknolojisinin ilk yararlı uygulamalarından biri, insan insülini üretmek için E. coli'nin manipülasyonuydu .
Bir çok protein, daha önce ifade edilmesi zor veya imkansız gibi , E. coli başarılı ifade edilmiştir katlanmış biçimde , E. coli . Örneğin, çoklu disülfür bağı olan proteinler, periplazmik boşlukta veya disülfid bağlarının oluşmasına izin vermek için yeterince oksitleyici hale getirilmiş mutantların sitoplazmasında üretilebilirken, stabilite veya fonksiyon için glikosilasyon gibi post-translasyonel modifikasyon gerektiren proteinler Campylobacter jejuni'nin N-bağlantılı glikosilasyon sistemi, E. coli'ye dönüştürüldü .
K-12 suşu, Alkalin Fosfataz (ALP) enzimini aşırı eksprese eden mutant bir E. coli formudur . Mutasyon, enzimi sürekli olarak kodlayan gendeki bir kusur nedeniyle ortaya çıkar. Herhangi bir inhibisyon olmaksızın bir ürün üreten bir genin yapıcı aktiviteye sahip olduğu söylenir . Bu özel mutant formu, yukarıda bahsedilen enzimi izole etmek ve saflaştırmak için kullanılır.
Escherichia coli'nin OP50 suşu , Caenorhabditis elegans kültürlerinin bakımı için kullanılır .
JM109 suşu , recA ve endA eksikliği olan mutant bir E. coli formudur. Tür, hücreler doğurganlık faktörü epizomunu taşıdığında mavi / beyaz tarama için kullanılabilir. RecA eksikliği, ilgili DNA'nın istenmeyen kısıtlaması olasılığını azaltır ve endA'nın olmaması plazmid DNA ayrışmasını engeller. Bu nedenle JM109, klonlama ve ekspresyon sistemleri için faydalıdır.
Model organizma
E. coli , mikrobiyoloji çalışmalarında sıklıkla model organizma olarak kullanılmaktadır . Yetiştirilen suşlar (örn. E. coli K12) laboratuar ortamına iyi adapte edilmiştir ve vahşi tip suşların aksine bağırsakta gelişme yeteneklerini kaybetmişlerdir. Birçok laboratuvar suşu, biyofilm oluşturma yeteneklerini kaybeder . Bu özellikler vahşi tip suşları antikorlardan ve diğer kimyasal saldırılardan korur , ancak büyük miktarda enerji ve malzeme kaynağı gerektirir. E. coli , fotokataliz dahil olmak üzere yeni su arıtma ve sterilizasyon yöntemlerinin araştırılmasında genellikle temsili bir mikroorganizma olarak kullanılır . Standart plaka sayım yöntemleri , ardışık seyreltmeler ve agar jel plakaları üzerinde büyümeyi takiben, bilinen bir işlenmiş su hacmindeki canlı organizmaların veya CFU'ların (Koloni Oluşturan Üniteler) konsantrasyonu değerlendirilebilir, bu da malzeme performansının karşılaştırmalı değerlendirmesine olanak sağlar.
1946'da Joshua Lederberg ve Edward Tatum , E. coli'yi bir model bakteri olarak kullanarak bakteri konjugasyonu olarak bilinen fenomeni ilk kez tanımladılar ve konjugasyonu incelemek için birincil model olmaya devam ediyor. E.coli anlamak için ilk deneyler ayrılmaz bir parçası olan faj genetik ve bu şekilde ilk araştırmacılar, Seymour Benzer'in , kullanılan E. coli ve faj T4 gen yapısı topografisini anlamak için. Benzer'in araştırmasından önce, genin doğrusal bir yapı mı yoksa dallanma modeli mi olduğu bilinmiyordu.
E. coli , genomu dizilenen ilk organizmalardan biriydi; E. coli K12'nin tam genomu, 1997'de Science tarafından yayınlandı.
2002'den 2010'a kadar, Macar Bilim Akademisi'ndeki bir ekip, MDS42 adlı bir Escherichia coli suşu yarattı ve şu anda Madison, WI'dan Scarab Genomics tarafından "Clean Genome. E.coli" adı altında satılıyor. ebeveyn suşun genomu (E. coli K-12 MG1655) moleküler biyoloji verimliliğine yardımcı olmak, IS elementlerini , psödojenleri ve fajları çıkarmak için çıkarıldı , bu da genellikle transpozonlar tarafından inaktive edilen plazmid tarafından kodlanmış toksik genlerin daha iyi korunmasına yol açtı. Biyokimya ve kopyalama makineleri değiştirilmedi.
Nanoteknolojilerin peyzaj ekolojisi ile olası kombinasyonu değerlendirilerek , nano ölçekte detaylarla karmaşık habitat manzaraları oluşturulabilir. Bu tür sentetik ekosistemlerde, çip üzerindeki bir ada biyocoğrafyasında adaptasyonun uzamsal biyofiziğini incelemek için E. coli ile evrimsel deneyler yapılmıştır .
Hamilton yol problemi gibi karmaşık matematik problemlerini çözmek için E. coli'yi programlamaya yönelik çalışmalar da yapılmaktadır .
Diğer çalışmalarda, patojenik olmayan E. coli , simüle edilmiş mikro yerçekiminin (Dünya üzerindeki) aynı etkiyi anlamaya yönelik bir model mikroorganizma olarak kullanılmıştır.
Tarih
1885'te Alman-Avusturyalı çocuk doktoru Theodor Escherich, bu organizmayı sağlıklı bireylerin dışkısında keşfetti. Kolonda bulunduğu için buna Bacterium coli commune adını verdi. Prokaryotların erken sınıflandırmaları, bunları şekillerine ve hareketliliğine göre bir avuç cinse yerleştirdi (o sırada Ernst Haeckel'in Monera krallığındaki bakteri sınıflandırması vardı).
Bacterium coli , eski tür türlerin (" Bacterium triloculare ") eksik olduğu ortaya çıktığında , artık geçersiz olan Bacterium cinsinin türüydü . Revizyonu takiben Bakterilerin , o kadar sınıflandırılmıştır Bacillus coli yeni oluşturulan cins içinde yeniden sınıflandırılmıştır sonra 1895 yılında Migula'nın tarafından ve Escherichia , adını orijinal keşfeden.
1996'da dünyanın en kötü E. coli gıda zehirlenmesi salgını İskoçya'nın Wishaw kentinde meydana geldi ve 21 kişi öldü.
Ayrıca bakınız
Referanslar
|Wiki türlerinde Escherichia coli ile ilgili bilgiler vardır .|
|Wikimedia Commons, Escherichia coli ile ilgili medyaya sahiptir .|
- EcoCyc - tüm genomun ve transkripsiyonel düzenlemenin, taşıyıcıların ve metabolik yolların literatüre dayalı kürasyonu
- Membranom veritabanı , E. coli ve diğer bazı organizmalardan alınan tek geçişli transmembran proteinleri hakkında bilgi sağlar.
- E. coli istatistikleri
- E. coli Enfeksiyonu | Nedenler ve Risk Faktörleri
- Bakteriyom E. coli etkileşim veritabanı
- EcoGene (Escherichia coli K-12 alt grubu MG1655'e adanmış genom veritabanı ve web sitesi)
- EcoSal Klasik ASM Press yayını Escherichia coli ve Salmonella: Hücresel ve Moleküler Biyoloji'ye dayalı olarak sürekli güncellenen Web kaynağı
- ECODAB E. coli'nin serolojik sınıflandırmasının temelini oluşturan O-antijenlerinin yapısı
- Coli Genetic Stock Center Suşları ve E. coli K-12 üzerindeki genetik bilgiler
- PortEco (eski adıyla EcoliHub) - E. coli K-12 ve onun fajı, plazmitleri ve mobil genetik öğeleri için NIH tarafından finanse edilen kapsamlı veri kaynağı
- EcoliWiki topluluk açıklama bileşenidir PortEco
- RegulonDB RegulonDB, E. coli K-12 hücresinin transkripsiyon başlangıcının veya düzenleyici ağının karmaşık düzenlemesinin bir modelidir .
- Üropatojenik Escherichia coli (UPEC)
- E. coli genomik dizisinde ek bağlanma siteleri arayan Hizalama Matrisleri